[0001] Verfahren zur Bereitstellung von Computerressourcen, netzwerkfähige Komponente, Computerprogramm
und elektronisch lesbarer Datenträger
[0002] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung von Computerressourcen eines
Computernetzwerks an zumindest eine Recheneinrichtung sowie eine netzwerkfähige Komponente
und ein Computerprogramm sowie einen elektronisch lesbaren Datenträger.
[0003] Das Internet-of-Things (IoT, häufig auch als "Internet der Dinge" bezeichnet) dringt
fortwährend in neuartige Bereiche vor. Solche neuartigen Bereiche stellen neue Anforderungen
sowohl an die Rechenleistung als auch an die Funktionsweise von IoT-Lösungen. Besonders
anspruchsvoll sind solche Anforderungen in räumlichen Gebieten sowie in Anwendungsbereichen,
in welchen bislang gar keine Kommunikations- und Recheninfrastruktur verfügbar ist.
Solche Anwendungsbereiche und räumliche Gebiete stellen beispielsweise die Landwirtschaft,
das Mining, die Seefahrt, Bauumgebungen und der Weltraum dar. Eine weitere Herausforderung
besteht in Anwendungsbereichen, welche Kommunikations- und Rechenressourcen nicht
dauerhaft, sondern räumlich und zeitlich lokalisiert erfordern. Solche Anwendungsbereiche
schließen beispielsweise die Datenanalyse sowie den Einsatz künstlicher Intelligenz
ein. Für solche Anwendungen ist Infrastruktur regelmäßig nicht vorhanden, da aufgrund
der räumlichen und zeitlich sehr begrenzten Kommunikations- und Rechenerfordernisse
der Aufbau einer solchen Infrastruktur regelmäßig nicht wirtschaftlich ist. Insbesondere
Hochgeschwindigkeits-Links ins Internet stehen in solchen Nischenanwendungen häufig
nicht zur Verfügung. Datenintensive Aufgaben können daher in solchen Anwendungsbereichen
nicht cloud-unterstützt gelöst werden, sodass bekannte Lösungen, wie sie in infrastrukturreichen
Umgebungen wie der Industrie 4.0 eingesetzt werden, nicht übertragbar sind.
[0004] Vor diesem Hintergrund ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bereitstellung
von Computerressourcen eines Computernetzwerks an zumindest eine Recheneinrichtung
anzugeben, mittels welchem Computerressourcen eines Computernetzwerks auch in solchen
räumlichen Gebieten und/oder Anwendungsbereichen bereitgestellt werden können, in
welchen eine solche Rechen- und Kommunikationsinfrastruktur nicht oder nicht dauerhaft
besteht. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine netzwerkfähige Komponente anzugeben,
mittels welcher ein solches Verfahren ausführbar ist. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung,
ein Computerprogramm sowie einen elektronisch lesbaren Datenträger zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben.
[0005] Diese Aufgabe der Erfindung wird mittels eines Verfahrens zur Bereitstellung von
Computerressourcen eines Computernetzwerks an zumindest eine Recheneinrichtung mit
den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und mit einer netzwerkfähigen Komponente mit
den in Anspruch 13 angegebenen Merkmalen sowie mit einem Computerprogramm mit den
in Anspruch 14 angegebenen Merkmalen und mit einem elektronisch lesbaren Datenträger
mit den in Anspruch 15 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der
Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung
und der Zeichnung angegeben.
[0006] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bereitstellung von Computerressourcen eines
Computernetzwerks an zumindest eine Recheneinrichtung werden zumindest zwei netzwerkfähige
Komponenten mit Computerressourcen herangezogen, welche relativ zur Recheneinrichtung
beweglich sind. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zumindest ein Bedarfswert
der Recheneinrichtung an Computerressourcen erfasst und zumindest eine Verfügbarkeit
der netzwerkfähigen Komponenten ermittelt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden
zumindest zwei oder mehrere der netzwerkfähigen Komponenten mit einer ermittelten
bestehenden Verfügbarkeit einem Computernetzwerk zugeordnet und es wird zumindest
eine netzwerkfähige Komponente als Administrationsschnittstelle zwischen Computernetzwerk
und Recheneinrichtung bereitgestellt, wobei zumindest der Bedarfswert an Computerressourcen
des Computernetzwerts bereitgestellt wird.
[0007] Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können Computerressourcen eines Netzwerks
mobiler netzwerkfähiger Komponenten für eine Recheneinrichtung nutzbar gemacht werden.
[0008] Vorteilhaft werden bei dem Verfahren gemäß der Erfindung Computerressourcen der netzwerkfähigen
Komponenten des Computernetzwerks bereitstellt.
[0009] Insbesondere können Computerressourcen der netzwerkfähigen Komponenten unabhängig
von einer individuellen Trajektorie der netzwerkfähigen Komponenten relativ zur Recheneinrichtung
durch diese Komponenten an die Recheneinrichtung bereitgestellt werden, da zumindest
eine der netzwerkfähigen Komponenten als Administrationsschnittstelle zwischen Computernetzwerk
und Recheneinrichtung fungiert. Unabhängig von der individuellen Trajektorie der netzwerkfähigen
Komponenten kann die zumindest eine Administrationsschnittstelle die Computerressourcen
des Computernetzwerks der Recheneinrichtung zuordnen, sodass ein mit dem Bedarfswert
formulierter Bedarf der Recheneinrichtung an Computerressourcen wirksam gedeckt werden
kann.
[0010] Unter einer Administrationsschnittstelle im Sinne dieser Erfindung wird zweckmäßig
eine Schnittstelle zwischen Computernetzwerk und Recheneinrichtung verstanden, welche
die Computerressourcen des Computernetzwerks der Recheneinrichtung zuordnet und diese
Zuordnung verwaltet, d.h. administriert.
[0011] Es versteht sich, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch mehr als eine Administrationsschnittstelle
zwischen Computernetzwerk und Recheneinrichtung bereitgestellt werden können. So können
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit zwei oder mehreren Administrationsschnittstellen
die Computerressourcen des Computernetzwerks mittels verteilter Administrationsschnittstellen
der Recheneinrichtung zugeordnet werden. Dies ermöglicht zudem vorteilhaft eine redundante
Bereitstellung der Administrationsschnittstelle und folglich eine besonders ausfallsichere
Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
[0012] Unter einer beweglichen Komponente wird eine mobile, d.h. zur Bewegung ausgebildete
und eingerichtete, Komponente verstanden, also eine Komponente, welche insbesondere
Flugmittel, vorzugsweise Tragflächen oder Steuerdüsen, insbesondere für eine definierte
Flugbahn, oder Schwimmmittel aufweist. Alternativ oder zusätzlich ist oder sind eine
oder mehrere oder sämtliche der netzwerkfähigen Komponenten zur Bewegung in einer
Erdumlaufbahn, vorzugsweise mittels passiver Bahn- und/oder Lageregelung, eingerichtet
und ausgebildet. Eine solche Erdumlaufbahn kann eine fixe Erdumlaufbahn oder eine
dynamisch veränderliche, insbesondere beinflussbare, Erdumlaufbahn sein. Dabei ist
die Komponente nicht notwendigerweise aktiv beweglich. Eine passiv bewegliche Komponente
soll ebenfalls als bewegliche Komponente im Sinne dieser Erfindung zu verstehen sein.
Zudem können unter beweglichen Komponenten auch bodengebunden bewegliche Komponenten
verstanden werden, welche als Landfahrzeuge, insbesondere als Roboterfahrzeuge oder
als Standardfahrzeuge, vorzugsweise Automobile und/oder Lastkraftwagen und/oder Arbeitsmaschinen
ausgebildet sind.
[0013] Der Bedarfswert im Sinne dieser Erfindung stellt zweckmäßig eine Anforderung der
Recheneinrichtung an Computerressourcen dar.
[0014] Die zumindest eine Administrationsschnittstelle ermöglicht vorteilhaft die Bereitstellung
von Computerressourcen dynamisch, d.h. temporär und/oder zeitabhängig, in einem bestimmten
räumlichen Gebiet. Somit können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Computerressourcen
auch in Anwendungsbereichen oder räumlichen Gebieten an Recheneinrichtungen bereitgestellt
werden, in welchen eine ansonsten erforderliche Kommunikations- und Rechenstruktur
nicht besteht. Folglich sind Recheneinrichtungen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit gängigen Anforderungen der Industrie 4.0 einsetzbar, insbesondere mit geringen
Kommunikationslaufzeiten mit einem Minimum an definierten Ressourcenzuteilungen.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Bedarfswert der Recheneinrichtung
von der zumindest einen Administrationsschnittstelle erfasst. Zudem wird geeignet
die Verfügbarkeit der netzwerkfähigen Komponenten mittels der, besonders bevorzugt
durch die, zumindest eine/n Administrationsschnittstelle ermittelt. Vorzugsweise werden
die zwei oder die mehreren netzwerkfähigen Komponenten mit einer ermittelten Verfügbarkeit
von der zumindest einen Administrationsschnittstelle dem Computernetzwerk zugeordnet.
Besonders geeignet wird zumindest der Bedarfswert an Computerressourcen des Computernetzwerts
mittels der oder durch die zumindest eine Administrationsschnittstelle bereitgestellt.
[0015] In dieser Weiterbildung der Erfindung wird die Zuordnung weitgehend autonom von der
zumindest einen Administrationsschnittstelle übernommen, sodass die Recheneinrichtung
mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Computernetzwerk-as-a-service versorgt
werden kann. Vorteilhafterweise müssen nicht sämtliche netzwerkfähigen Komponenten
notwendigerweise als Administrationsschnittstelle fungieren.
[0016] Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorteilhaft mittels relativ zur Recheneinrichtung
beweglicher netzwerkfähiger Komponenten und vorzugsweise dezentral eine dynamisch
zuordbare private Edge-Cloud geschaffen werden. Insbesondere ist mittels des erfindungsgemäßen
Verfahrens eine zentrale Verwaltung von Computerressourcen nicht erforderlich. Vielmehr
könne mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Computerressourcen dann genutzt werden,
sobald diese zur Verfügung stehen.
[0017] Vorteilhaft bilden die netzwerkfähigen Komponenten einen Pool von Computerressourcen
für ein spezifisches geographisches Gebiet.
[0018] In dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens bildet die zumindest eine
Administrationsschnittstelle folglich einen dynamischen virtuellen Cloudcontroller,
welcher eine Schnittstelle für einen Nutzer aufweist, um Anwendungen mittels des Computernetzwerks
ausführen zu lassen und mittels des Computernetzwerks Kommunikations- und Rechenaufgaben
durchführen zu lassen. Dabei bedeutet "virtuell" "durch eine dynamisch anordbare und
ausführbare Softwarekomponente realisiert."
[0019] Vorzugsweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die zumindest zwei oder mehreren
netzwerkfähigen Komponenten abhängig von dem Bedarfswert dem Computernetzwerk zugeordnet.
Besonders bevorzugt werden die netzwerkfähigen Komponenten fortlaufend abhängig von
dem Bedarfswert dem Computernetzwerk zugeordnet.
[0020] Vorteilhaft können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die Computerressourcen
fortlaufend an die Verfügbarkeit der netzwerkfähigen Komponenten oder an Änderungen
des Bedarfswerts an Computerressourcen, etwa hinsichtlich des Energieverbrauchs, angepasst
werden. Insbesondere können abhängig vom Bedarfswert mehr netzwerkfähige Komponenten
zur Bereitstellung der Computerressourcen herangezogen werden oder aus dem Computernetzwerk
entfernt werden. Folglich kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens das Computernetzwerk
angepasst an den Bedarfswert hochskaliert oder herabskaliert werden.
[0021] Zweckmäßig wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Verfügbarkeit der zumindest
zwei netzwerkfähigen Komponenten ermittelt, indem den zumindest zwei netzwerkfähigen
Komponenten der Bedarfswert der Recheneinrichtung mitgeteilt wird und, insbesondere
von diesen zumindest zwei netzwerkfähigen Komponenten, eine Verfügbarkeit zumindest
je einer oder mehrerer der netzwerkfähigen Komponenten, vorzugsweise abhängig von
einer Bewegung relativ zur Recheneinrichtung und/oder anhand einer Auslastung im Übrigen,
vorzugsweise seitens der zumindest einen Administrationsschnittstelle, erhalten.
[0022] Vorteilhaft erfordert das erfindungsgemäße Verfahren keine zentrale Kenntnis über
die räumlichen Trajektorien von netzwerkfähigen Komponenten. Vielmehr können die netzwerkfähigen
Komponenten ihre Verfügbarkeit für die Recheneinrichtung aus ihren räumlichen Trajektorien
vorzugsweise selbstständig und dezentral bestimmen und an die zumindest eine Administrationsschnittstelle
übermitteln. Auf diese Weise adressiert das erfindungsgemäße Verfahren zum einen gegebenenfalls
bestehende Vertraulichkeitsanforderungen, da lediglich die Verfügbarkeit von netzwerkfähigen
Komponenten an die zumindest eine Administrationsschnittstelle übermittelt werden
muss und nicht die Trajektorie selbst. Zum anderen und ebenfalls vorteilhaft muss
die Verfügbarkeit nicht bei der Recheneinrichtung selbst bestimmt werden, sodass die
Recheneinrichtung die verfügbaren Computerressourcen ohne weitere Abstriche zugewiesen
erhält. Die Computerressourcen stehen der Recheneinrichtung also vollständig zur Verfügung,
ohne dass ein Teil der Computerressourcen zur Administration des Computernetzwerks
aufgewendet werden muss.
[0023] Geeigneterweise bildet bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die zumindest eine Recheneinrichtung
ein Edge-Device. Die zumindest eine Recheneinrichtung kommuniziert in dieser Weiterbildung
der Erfindung vorzugsweise mit den netzwerkfähigen Komponenten als Cloud, d.h. die
zumindest zwei netzwerkfähigen Komponenten bilden vorzugsweise ein Computernetzwerk
in Gestalt eines Cloudnetzwerks.
[0024] Bevorzugt sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die zumindest zwei netzwerkfähigen
Komponenten fahrfähig, insbesondere landfahrfähig und/oder luftfahrfähig und/oder
seefahrfähig. Vorzugsweise sind die oder zumindest eine oder mehrere der zumindest
zwei relativ zur Recheneinrichtung beweglichen netzwerkfähigen Komponenten bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren mit Satelliten und/oder fliegenden oder und/oder schwimmenden
und/oder fahrenden Komponenten gebildet. Alternativ oder zusätzlich können mindestens
eine oder mehrere oder sämtliche der beweglichen zumindest zwei netzwerkfähigen Komponenten
flugfähig und/oder schwimmfähig ausgebildet sein.
[0025] Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird dann, wenn die Verfügbarkeit einer scheidenden
netzwerkfähigen Komponente der zumindest zwei netzwerkfähigen Komponenten des Computernetzwerks
endet, vorzugsweise mittels der zumindest einen Administrationsschnittstelle, ein
Ende der Verfügbarkeit erfasst. Auf diese Weise kann das Computernetzwerk auf das
Ende der Verfügbarkeit der scheidenden netzwerkfähigen Komponente reagieren und zeitnah
weitere Computerressourcen zur Kompensation der scheidenden netzwerkfähigen Komponente
ersetzen.
[0026] In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird abhängig
vom des Bedarfswerts und/oder von Computerressourcen der scheidenden Komponente die
Abnahme von Computerressourcen, vorzugsweise mittels der zumindest einen Administrationsschnittstelle,
an die übrigen netzwerkfähigen Komponenten ausgeschrieben. In dieser Weiterbildung
der Erfindung kann der auf eine scheidende netzwerkfähige Komponente anfallende Anteil
von Computerressourcen leicht durch übrige der netzwerkfähigen Komponenten ersetzt
werden.
[0027] Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird zweckmäßig dann, wenn die Verfügbarkeit,
insbesondere aufgrund einer Bewegung, der zumindest einen Administrationsschnittstelle
oder zumindest einer der Administrationsschnittstellen zwischen Computernetzwerk und
Recheneinrichtung endet, mittels der zumindest einen Administrationsschnittstelle
die Bereitstellung als zumindest eine Administrationsschnittstelle an die übrigen
der zumindest zwei netzwerkfähigen Komponenten ausgeschrieben. In dieser Weiterbildung
der Erfindung kann die Rolle der mindestens einen Administrationsschnittstelle leicht
durch mindestens eine übrige der zumindest zwei netzwerkfähigen Komponenten ersetzt
werden.
[0028] Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren diejenige oder diejenigen der
netzwerkfähigen Komponenten, welche aktuell als Administrationsschnittstelle bereitgestellt
wird oder werden, nachfolgend nicht weiter als Administrationsschnittstelle bereitgestellt.
Auf diese Weise kann oder können die vorhergehende Administrationsschnittstelle oder
- schnittstellen einfach aus dem Computernetzwerk ausscheiden.
[0029] Geeigneterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Bedarfswert der zumindest
einen Recheneinrichtung an Computerressourcen wiederholt erfasst und abhängig von
dem wiederholt erfassten Bedarfswert wird mindestens eine weitere netzwerkfähige Komponente
dem Computernetzwerk zugefügt und/oder eine netzwerkfähige Komponente aus dem Computernetzwerk
entfernt. Insbesondere werden, falls die Computerressourcen des Computernetzwerks
zur Bereitstellung des Bedarfswerts nicht ausreichen, eine oder mehrere weitere relativ
zur Recheneinrichtung bewegliche netzwerkfähige Komponenten derart in die geographische
Umgebung der Recheneinrichtung bewegt, dass die weiteren netzwerkfähigen Komponenten
Verfügbarkeit mitteilen können und zur Bereitstellung des Bedarfswerts beitragen können.
[0030] Vorteilhaft kann in dieser Weiterbildung der Erfindung die zumindest eine Administrationsschnittstelle
einen Engpass von Computerressourcen durch die netzwerkfähigen Komponenten erfassen
und eine Anfrage nach zusätzlichen Ressourcen initiieren. Insbesondere können mittels
Pseudo-Satelliten und/oder Drohnen zusätzliche Ressourcen bereitgestellt werden, um
kurzfristig auf einen geänderten Bedarfswert zu reagieren.
[0031] Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Zuordnung von Computerressourcen
und/oder der Bedarfswert an Computerressourcen zeitabhängig beobachtet und mittels
eines Steuerparameters beeinflusst. Der Steuerparameter kann insbesondere ein zur
Beeinflussung des Bedarfswerts oder der Zuordnung festgesetzter Preis sein. Der Preis
kann insbesondere mittels mindestens eines Smart Contracts ausgehandelt oder festgesetzt
sein, wobei der mindestens eine Smart Contract vorzugsweise mittels einer Blockchain
realisiert wird.
[0032] Die erfindungsgemäße netzwerkfähige Komponente ist insbesondere als Administrationskomponente
zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wie vorhergehend beschrieben ausgebildet.
[0033] Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist direkt in einen Speicher einer elektronischen
Recheneinrichtung ladbar und weist Programm-Mittel auf, um die Schritte des erfindungsgemäßen
Verfahrens wie vorhergehend beschrieben auszuführen, wenn das Programm in einer Recheneinrichtung
ausgeführt wird.
[0034] Der erfindungsgemäße elektronisch lesbarer Datenträger weist auf dem Datenträger
gespeicherte elektronisch lesbare Steuerinformationen auf, welche zumindest ein erfindungsgemäßes
Computerprogramm wie vorhergehend beschrieben umfassen und derart ausgestaltet sind,
dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer elektronischen Recheneinrichtung
ein erfindungsgemäßes Verfahren wie vorhergehend beschrieben durchführen.
[0035] Der erfindungsgemäße elektronisch lesbare Datenträger ist insbesondere ein elektronisch
lesbarer Datenträger in Form einer Festplatte, vorzugsweise eines USB-Sticks, oder
in Form einer Diskette wie vorzugsweise eine DVD oder eine CD oder eine Blueray-Disk,
oder in Form eines Online-Speichers, vorzugsweise eines Cloudnetzwerks.
[0036] Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
[0037] Es zeigen:
- Fig. 1
- ein Computernetzwerk, welches mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens Computerressourcen
an zumindest eine Recheneinrichtung bereitstellt, schematisch in einer Prinzipskizze,
- Fig. 2
- beispielhaft eine Kommunikation in dem Computernetzwerk zur Bereitstellung eines aktualisierten
Bedarfswertes an Computerressourcen der Recheneinrichtung sowie
- Fig. 3
- beispielhaft eine weitere Kommunikation in dem Computernetzwerk zur Bereitstellung
eines aktualisierten Bedarfswertes an Computerressourcen der Recheneinrichtung.
[0038] Die in Fig. 1 dargestellte Recheneinrichtung ist eine mobile Agrarmaschine 10 in
Gestalt einer Pflugmaschine, welche anhand von mobil erfassten Agrardaten verfahren
und hinsichtlich der mechanischen Pflugfunktionen gesteuert wird. Dazu empfängt die
mobile Agrarmaschine 10 zum einen optische Sensordaten von Sensorknoten 20 eines mobilen
Cloudnetzwerks 30. Zum anderen nutzt die mobile Agrarmaschine 10 Rechenressourcen
des mobilen Cloudnetzwerks 30, indem die mobile Agrarmaschine 10 komplexere Rechnungen
eines Verfahrsteueralgorithmus zum Verfahren der mobilen Agrarmaschine 10 sowie komplexere
Rechnungen eines Pflugsteueralgorithmus zur Steuerung der mechanischen Pflugfunktionen
an Rechenknoten 40 des mobilen Cloudnetzwerks 30 auslagert. Folglich stellen die Sensorknoten
20 Computerressourcen in Form von Sensorressourcen bereit, während die Rechenknoten
40 Computerressourcen in Form von Rechenressourcen bereitstellen.
[0039] Das mobile Cloudnetzwerk 30 setzt sich aus solchen Sensorknoten 20 sowie solchen
Rechenknoten 40, zusammenfassend im Folgenden auch vereinfachend lediglich als Knoten
20, 40 bezeichnet, zusammen. Die Knoten 20, 40 sind mittels Satelliten und/oder Luft-
oder Landfahrzeugen oder Trailern gebildet und bilden bewegliche netzwerkfähige Komponenten
im Sinne dieser Erfindung, welche sich in Richtungen 42, 44 bewegen. Die Knoten 20,
40 bewegen sich dabei relativ zur Agrarmaschine 10 mit einer deutlich höheren Geschwindigkeit
als die Agrarmaschine 10 relativ zum Erdboden G. Daher ist die Agrarmaschine 10 schematisch
als ortsfest gegenüber dem Erdboden G dargestellt. Dabei sind die Knoten 20, 40 der
mobilen Agrarmaschine 10 nicht sämtlich dauerhaft zugeordnet, sondern lediglich einige
der Knoten 20, 40 stellen ihre Sensor- und Rechenressourcen temporär und bedarfsabhängig
der mobilen Agrarmaschine 10 zur Verfügung. Dies erfolgt mittels des erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Bereitstellung von Computerressourcen des Cloudnetzwerks 30 wie folgt:
In einem ersten Szenario wird die Bereitstellung der Computerressourcen gestartet
und mittels des mobilen Cloudnetzwerks 30 eine virtuelles Kommunikations- und Rechenumgebung
wie in Fig. 2 dargestellt realisiert:
Dazu sendet die mobile Agrarmaschine 10 dann, wenn diese einen Bedarf an Computerressourcen
feststellt, welcher etwa die begrenzten Rechenressourcen der mobilen Agrarmaschine
10 überschreitet und welcher einen Bedarf an Sensorressourcen bedeutet, eine Anfrage
nach den erforderlichen Computerressourcen mittels einer Multicast-/Broadcast-Nachricht
46 an alle Knoten 20, 40 des Cloudnetzwerks 30. Die Multicast-/Broadcast-Nachricht
46 nach den erforderlichen Rechenressourcen enthält dabei das geographische Gebiet,
die zu erfüllenden Kommunikationserfordernisse, den Zeitrahmen, innerhalb welchen
die Rechenressourcen zur Verfügung gestellt werden müssen sowie die sonstige zur Heranziehung
der Computerressource erforderlichen Parameter.
[0040] Die Knoten 20, 40 des mobilen Cloudnetzwerks 30 bestimmen anhand ihrer relativen
Bewegung und ihrer Kommunikationserfordernisse jeweils ein Kommunikationszeitfenster
für eine Kommunikation mit der mobilen Agrarmaschine 10, entlang welcher die Knoten
20, 40 jeweils mit der mobilen Agrarmaschine 10 kommunizieren können. Zudem bestimmen
die Knoten 20, 40 anhand ihrer sonstigen vorgesehenen Aufgaben, welche Rechenleistung
gemäß den angefragten Parametern während des Kommunikationszeitfensters der mobilen
Agrarmaschine 10 zur Verfügung stellen könnten.
[0041] Abhängig von diesem bestimmten Kommunikationszeitfenster und den bestimmten verfügbaren
Computerressourcen bieten die Knoten 20, 40 des mobilen Cloudnetzwerks 30 ihre Computerressourcen
an die mobile Agrarmaschine 10 als Angebote mittels einer Angebotsnachricht 48 an.
[0042] Die mobile Agrarmaschine 10 sammelt diese Angebote von Computerressourcen für eine
bestimmte Zeitdauer, hier einer vorab festgelegten Angebotsdauer, und wertet aus,
ob ihr Bedarf an Rechenressourcen in den jeweiligen Kommunikationszeitfenstern gedeckt
werden kann. Soweit dies der Fall ist, weist die mobile Agrarmaschine 10 einem der
Knoten 20, 40 die Rolle eines dynamischen virtuellen Cloudcontrollers 50 zu. Zweckmäßig
wird dabei derjenige Knoten 20, 40 gewählt, welcher das längste Kommunikationszeitfenster
mit der mobilen Agrarmaschine 10 aufweist.
[0043] Der dynamische virtuelle Cloudcontroller 50 richtet eine neue dynamische virtuelle
Kommunikations- und Rechenumgebung 60 als sogenannte Edge-Cloud mit den anderen verfügbaren
Knoten 20, 40 des mobilen Cloudnetzwerks 30 für die mobile Agrarmaschine 10 ein. Dazu
wird zunächst ein virtuelles Netzwerk zwischen den teilnehmenden Knoten 20, 40 des
mobilen Cloudnetzwerks 30 und der mobilen Agrarmaschine 10 eingerichtet und nachfolgend
eine Ressourcen-Zuordnungs-Strategie (etwa eine zentrale Planung oder eine dezentrale
Aufgabenzuweisung) basierend auf der Kommunikationsverfügbarkeit der Knoten 20, 40
sowie auf der Verfügbarkeit von deren Computerressourcen formuliert und die mobile
Agrarmaschine 10 über die Verfügbarkeit der virtuellen Kommunikations- und Rechenumgebung
60 mittels einer Ressourceninformationsnachricht 49 informiert. Der dynamische virtuelle
Cloudcontroller 50 initialisiert einen Satz von Konfigurationsvariablen, wie insbesondere
den Ort, an welchem der vorläufige dynamische virtuelle Cloudcontroller 50 aktiv ist,
die Ressourcen-Zuordnung entsprechend der Ressourcen-Zuordnungs-Strategie, insbesondere
hinsichtlich einer Rechenleistung und einer Sensorleistung sowie hinsichtlich eines
Speicherbedarfs und hinsichtlich eines Kommunikationsbedarfs und der geplanten Betriebsdauer,
für welche die Ressourcen jeweils zugeordnet werden sollen. Ferner umfassen die Konfigurationsvariablen
eine Aufstellung der gegenwärtig zugeordneten oder genutzten Computerressourcen sowie
eine Aufstellung der verfügbaren Computerressourcen, welche gegenwärtig nicht genutzt
werden, aber künftig genutzt werden können sowie optional Beschränkungen, welche berücksichtigt
werden müssen, etwa Aufgaben, welche, etwa aus Sicherheits- oder Zertifizierungsgründen,
nicht auf bestimmter Hardware laufen dürfen.
[0044] Sobald die virtuelle Kommunikations- und Rechenumgebung 60 initialisiert ist, kann
der dynamische virtuelle Cloudcontroller 50 nutzer-spezifische Authentisierungsmethoden
(etwa zertifikatsbasierte Authentisierung) virtueller Ressourcen auf den Knoten 20,
40 (beispielsweise virtuelle Netzwerke, Netzwerk-namensräume oder Rechen-Namensräume)
einrichten. Zusätzlich und optional können auch AAA auf Anwendungsebene implementiert
werden mit Rollendefinitionen von Nutzern, Anwendungen, Aufgaben, etc. In der virtuellen
Kommunikations- und Rechenumgebung 60 kommunizieren die netzwerkfähigen Komponenten
20, 40 sowie die Recheneinrichtung 50 und der dynamische virtuelle Cloudcontroller
50 mittels Netzwerknachrichten 62. Der dynamische virtuelle Cloudcontroller 50 verwaltet
seine Ressourcen-Aufstellung und die Liste der verfügbaren Computerressourcen.
[0045] Die mobile Agrarmaschine 10 sendet nachfolgend ihre Rechenaufgaben an ihre private
Edge-Computing Cloud. Daraufhin planen die jeweils zugeordneten Knoten 20, 40 der
virtuellen Kommunikations- und Rechenumgebung ihre Rechenaufgaben.
[0046] Die zugeordneten Konten 20, 40 der virtuellen Kommunikations- und Rechenumgebung
führen ihre Rechenaufgaben aus und senden ihre Ergebnisse an die mobile Agrarmaschine
10 zurück. In weiteren Ausführungsbeispielen können die netzwerkfähigen Komponenten
20, 40 durch Dritte bereitgestellt und in das Cloudnetzwerk 30 eingebunden werden.
[0047] In weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Recheneinrichtung
selbst beweglich, beispielsweise ein Konstruktionsseefahrzeug auf hoher See, welches
sich langsam bewegt. Der dynamische virtuelle Cloudcontroller 50 befindet sich oberhalb
der Konstruktionsseefahrzeuge und ist beispielsweise als Drohne realisiert und bewegt
sich mit diesem mit. Der dynamische virtuelle Cloudcontroller 50 stellt sicher, dass
sein Ort sowie die Liste der Ressourcen und die Ressourcen-Aufstellung fortwährend
aktualisiert werden. Nachfolgend wird ein zweites Szenario beschrieben, bei welchem
ein Hand-Over beim Ausscheiden einer netzwerkfähigen Komponente 20, 40 erfolgt. Im
beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine netzwerkfähige Komponente 20, 40 zugefügt
und eine netzwerkfähige Komponente 20, 40 entfernt.
[0048] Dabei stellt zunächst eine erste netzwerkfähige Komponente 40 fest, dass sie künftig
das Kommunikationsfenster eines bestimmten räumlichen Gebiets, in welchem die virtuelle
Kommunikations- und Rechenumgebung 60 besteht und in welchem sich die Agrarmaschine
10 befindet, verlässt.
[0049] Daher sendet die erste netzwerkfähige Komponente 40 mittels einer Netzwerknachricht
62 eine Nachricht an den vorläufigen dynamischen virtuellen Cloudcontroller 50, welche
die Zeitspanne enthält, innerhalb derer die erste netzwerkfähige Komponente noch in
dem Kommunikationsfenster verweilt. Der vorläufige dynamische virtuelle Cloudcontroller
50 sendet eine Anfrage der demzufolge zu ersetzenden Computerressourcen an das mobile
Cloudnetzwerk 30 mittels einer Netzwerknachricht 62. Alternativ kann in einem weiteren,
nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispiel die erste netzwerkfähige Komponente
40 mittels einer Netzwerknachricht 62 die Nachricht über die Zeitspanne an den vorläufigen
dynamischen virtuellen Cloudcontroller 50 senden und parallel dazu eine Anfrage der
demzufolge zu ersetzenden Computerressourcen mittels einer Netzwerknachricht 62 an
das mobile Cloudnetzwerk 30 übermitteln.
[0050] Auf die Anfrage der zu ersetzenden Computerressourcen prüfen die übrigen netzwerkfähigen
Komponenten 20, 40 ihre verfügbaren Computerressourcen und übermitteln ihre Angebote
an Computerressourcen mittels Netzwerknachrichten 62 an den dynamischen virtuellen
Cloudcontroller 50.
[0051] Der dynamische virtuelle Cloudcontroller 50 wählt die geeigneten netzwerkfähigen
Komponenten 20, 40 des mobilen Cloudnetzwerks 30 aus und konfiguriert diese als Teilnehmer
der virtuellen Kommunikations- und Rechenumgebung 60.
[0052] In einem dritten Ausführungsbeispiel erfolgt eine Übergabe der Rolle des dynamischen
virtuellen Cloudcontrollers, wenn der gegenwärtige dynamische virtuelle Cloudcontroller
50 das Kommunikationsfenster der virtuellen Kommunikations- und Rechenumgebung 60
verlässt.
[0053] In diesem Ausführungsbeispiel stellt der vorläufige dynamische virtuelle Cloudcontroller
50 zunächst einmal fest, dass er das Kommunikationsfenster eines bestimmten räumlichen
Gebiets, welches die virtuelle Kommunikations- und Rechenumgebung 60 versorgt, verlässt.
[0054] In diesem Falle sendet der gegenwärtige dynamische virtuelle Cloudcontroller 50 mittels
einer Netzwerknachricht 62 eine Anfrage an alle netzwerkfähigen Komponenten 20, 40
des mobilen Cloudnetzwerks 30 aus, in welcher gefragt wird, ob die jeweilige empfangende
netzwerkfähige Komponente 20, 40 die Rolle des dynamischen virtuellen Cloudcontrollers
50 übernehmen kann. Die netzwerkfähigen Komponenten 20, 40 des Cloudnetzwerks 30 senden
ihre jeweilige Verfügbarkeit an die virtuelle Kommunikations- und Rechenumgebung 60
zurück. Alternativ kann auch vorab eine geordnete Backup-Liste von dynamischen virtuellen
Cloudcontrollern abgestimmt sein.
[0055] Der gegenwärtige vorläufige dynamische virtuelle Cloudcontroller 50 ernennt eine
netzwerkfähige Komponente 20, 40 der virtuellen Kommunikations- und Rechenumgebung
60 als ihren Nachfolger, also als nachfolgenden dynamischen virtuellen Cloudcontroller.
[0056] Der nachfolgende dynamische virtuelle Cloudcontroller richtet nunmehr alle erforderlichen
Funktionalitäten eines dynamischen virtuellen Cloudcontrollers 50 ein und beginnt
eine permanente Synchronisation aller Konfigurationsparameter der virtuellen Kommunikations-
und Rechenumgebung 60 mit dem noch aktiven bisherigen dynamischen virtuellen Cloudcontroller
50. Nachfolgend sendet noch aktive vorläufige dynamische virtuelle Cloudcontroller
50 eine Übergabe-Nachricht an den nachfolgenden dynamischen virtuellen Cloudcontroller
und der nachfolgende dynamische virtuelle Cloudcontroller übernimmt die Rolle des
vorläufigen dynamischen virtuellen Cloudcontrollers 50 für die virtuelle Kommunikations-
und Rechenumgebung 60. In einem weiteren, nicht eigens beschriebenen Ausführungsbeispiel
können zusätzlich weitere netzwerkfähige Komponenten 20, 40 in ein räumliches Gebiet
hineinbewegt werden, wenn der Bedarf an Rechenressourcen von der mindestens einen
mobilen Agrarmaschine 10 innerhalb dieses räumlichen Gebiets das gesamte Angebot an
Rechenressourcen innerhalb dieses räumlichen Gebiets übersteigt.
[0057] In einem weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispiel weist die virtuelle
Kommunikations- und Rechenumgebung 60 eine weitere Komponente (welche eine einteilige
Komponente oder ihrerseits ein Netzwerk sein kann) auf, welche die Nutzung der virtuellen
Kommunikations- und Rechenumgebung 60 beobachtet und ortsabhängig und dynamisch einen
Preis der Ressource eines oder mehrerer netzwerkfähiger Komponenten 20, 40 abhängig
von der Nutzung der virtuellen Kommunikations- und Rechenumgebung 60 in einer Umgebung
um den jeweiligen Ort festlegt. Beispielsweise kann eine solche Festlegung eines Preises
mittels eines auch durch Maschinen interpretierbaren Smart Contracts erfolgen, der
bevorzugt in einer Blockchain realisiert wird.
[0058] In einem weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispiel ist die mobile
Agrarmaschine 10 Teil der virtuellen Kommunikations- und Rechenumgebung 60 und der
dynamische virtuelle Cloudcontroller 50 ist an der Netzwerksschnittstelle der mobilen
Agrarmaschine 10 angeordnet realisiert, sodass der dynamische virtuelle Cloudcontroller
während der gesamten Rechenzeit an der Netzwerkschnittstelle der mobilen Agrarmaschine
10 angeordnet bleiben kann. In einem weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispiel
werden die netzwerkfähigen Komponenten jeweils von mehreren Parteien verwaltet und
eine Blockchain mit Smart Contracts wird herangezogen, um ein Vertrauensverhältnis
zwischen den Parteien zu erreichen und alle Angebote verbindlich, verifizierbar und
auditierbar und sämtliche Ressourcennutzungen auditierbar zu halten. In einem weiteren
Ausführungsbeispiel wird eine Anwendung in die virtuelle Kommunikations- und Rechenumgebung
eingestellt. Dabei wird ein Nutzer vorausgesetzt, welcher eine Anwendung zur Daten-Vorverarbeitung
und zur Datenanalyse von Daten der mobilen Agrarmaschine 10 sowie von Daten von bodenbasierten
Sensoren und/oder weiteren mobilen Agrarmaschinen 10 einstellen muss.
[0059] Der Nutzer legt eine Liste von Anwendungen und ihrer Ressourcen-Erfordernisse fest,
d.h. beispielsweise eine Datenbank, welche einen definierten Größe eines Speichers
erfordert und einen Nachrichtendienst, welcher Kommunikationsressourcen zur Kommunikation
der mobilen Agrarmaschine 10 mit den netzwerkfähigen Komponenten 20, 40 sowie dem
dynamischen virtuellen Cloudcontroller 50 sowie ggf. weitere Ressourcen-Erfordernisse
aufweist.
Der dynamische virtuelle Cloudcontroller 50 richtet die virtuelle Kommunikations-
und Rechenumgebung 60 ein. Nachdem die virtuelle Kommunikations- und Rechenumgebung
60 initialisiert ist wie zuvor im ersten Anwendungsfall beschrieben bildet der dynamische
virtuelle Cloudcontroller 50 die angefragten Computerressourcen auf die verfügbaren
Computerressourcen anhand der Liste der verfügbaren Computerressourcen ab. Die erfolgreiche
Abbildung führt zu einer Ressourcenverwaltung, welche alle Ressourcen, die für die
beabsichtigten Anwendungen angefordert werden und welche notwendig sind, um die beabsichtigten
Aufgaben zu erfüllen, auflistet.
[0060] Der dynamische virtuelle Cloudcontroller 50 stellt in die dynamische Kommunikations-
und Rechenumgebung 60 auf die entsprechenden netzwerkfähigen Komponenten eine virtuelle
Anwendung, d.h. beispielsweise eine virtuelle Maschine oder einen Container, ein.
Der dynamische virtuelle Cloudcontroller 50 beobachtet die Nutzung der Computerressourcen
in der virtuellen Kommunikations- und Rechenumgebung 60 und leitet eine Erhöhung oder
eine Verringerung der verfügbaren Computerressourcen abhängig von ihrer Nutzung in
der virtuellen Kommunikations- und Rechenumgebung 60 ein.
[0061] Der dynamische virtuelle Cloudcontroller 50 verwaltet eine Liste der verfügbaren
Computerressourcen und eine entsprechende Aufstellung von verfügbaren und angefragten
Computerressourcen wie zuvor beschrieben. Die netzwerkfähigen Komponenten 20, 40 erhalten
Einrichtungsanweisungen für Module der virtuellen Kommunikations- und Rechenumgebung
60, beispielsweise zur Einrichtung eines virtuellen Netzwerks und zur Einrichtung
eines Namensraums.
[0062] Die netzwerkfähigen Komponenten erhalten zudem Anweisungen für erforderliche Authentisierungs-Verfahren
und startet die dazu nötigen Kommunikationsvorgänge, beispielsweise den Austausch
und die Prüfung von Zertifikaten zur Verschlüsselung und Authentifizierung.
[0063] Zudem erhalten die netzwerkfähigen Komponenten 20, 40 Anweisungen zur Prüfung auf
Konfigurations-Updates durch den dynamischen virtuellen Cloudcontroller 50.
1. Verfahren zur Bereitstellung von Computerressourcen eines Computernetzwerks (30) an
zumindest eine Recheneinrichtung (10), bei welchem zumindest zwei netzwerkfähige Komponenten
(20, 40) mit Computerressourcen herangezogen werden, welche relativ zur Recheneinrichtung
(10) beweglich sind, wobei
- zumindest ein Bedarfswert der Recheneinrichtung (10) an Computerressourcen erfasst
wird,
- zumindest eine Verfügbarkeit der netzwerkfähigen Komponenten (20, 40) ermittelt
wird und
- zumindest zwei oder mehrere der netzwerkfähigen Komponenten (20, 40) mit einer ermittelten
bestehenden Verfügbarkeit einem Computernetzwerk zugeordnet werden und
- zumindest eine netzwerkfähige Komponente (20, 40) als Administrationsschnittstelle
(50) zwischen Computernetzwerk (30) und Recheneinrichtung (10) bereitgestellt wird,
- wobei zumindest der Bedarfswert an Computerressourcen des Computernetzwerts (30)
bereitgestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die zumindest zwei oder mehreren netzwerkfähigen
Komponenten (20, 40) abhängig von dem Bedarfswert dem Computernetzwerk (30) zugeordnet
werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Computerressourcen
der netzwerkfähigen Komponenten (20, 40) des Computernetzwerks (30) bereitstellt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Verfügbarkeit der
netzwerkfähigen Komponenten (20, 40) ermittelt wird, indem den netzwerkfähigen Komponenten
(20, 40) der Bedarfswert der Recheneinrichtung (10) mitgeteilt wird und eine Verfügbarkeit
zumindest je einer oder mehrerer der netzwerkfähigen Komponenten (20, 40), vorzugsweise
abhängig von einer Bewegung relativ zur Recheneinrichtung (10) und/oder anhand einer
Auslastung im Übrigen, erhalten wird, vorzugsweise seitens der zumindest einen Administrationsschnittstelle
(50).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die zumindest eine
Recheneinrichtung (10) ein Edge-Device ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die zumindest zwei
netzwerkfähigen Komponenten (20, 40) fahrfähig, insbesondere landfahrfähig und/oder
luftfahrfähig und/oder seefahrfähig sind.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei welchem dann, wenn die Verfügbarkeit
einer scheidenden netzwerkfähigen Komponente (20, 40) des Computernetzwerks endet,
vorzugsweise mittels der zumindest einen Administrationsschnittstelle (50), ein Ende
der Verfügbarkeit erfasst wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem abhängig vom des Bedarfswerts und/oder von
Computerressourcen der scheidenden netzwerkfähigen Komponente (20, 40) die Abnahme
von Computerressourcen, vorzugsweise mittels der zumindest einen Administrationsschnittstelle
(50), an die übrigen netzwerkfähigen Komponenten ausgeschrieben wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem dann, wenn die Verfügbarkeit,
insbesondere aufgrund einer Bewegung, zumindest einer der Administrationsschnittstelle
(50) zwischen Computernetzwerk (30) und Recheneinrichtung (10) endet, mittels der
zumindest einen Administrationsschnittstelle (50) die Bereitstellung als zumindest
eine Administrationsschnittstelle (50) an die übrigen netzwerkfähigen Komponenten
(20,40) ausgeschrieben wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zumindest eine der
netzwerkfähigen Komponenten (20, 40), welche aktuell als zumindest eine Administrationsschnittstelle
(50) bereitgestellt wird, nachfolgend nicht weiter als zumindest eine Administrationsschnittstelle
(50) bereitgestellt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein Bedarfswert der
zumindest einen Recheneinrichtung (10) an Computerressourcen wiederholt erfasst wird
und abhängig von dem wiederholt erfassten Bedarfswert mindestens eine weitere netzwerkfähige
Komponente (20, 40) dem Computernetzwerk (30) zugefügt und/oder eine netzwerkfähige
Komponente (20, 40) aus dem Computernetzwerk (30) entfernt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Zuordnung von Computerressourcen
und/oder der Bedarfswert an Computerressourcen zeitabhängig beobachtet wird und mittels
eines Steuerparameters beeinflusst wird, welcher insbesondere mittels eines, vorzugsweise
mittels einer Blockchain realisierten, Smart Contracts festgelegt wird.
13. Netzwerkfähige Komponente, welche als Administrationskomponente (50) ausgebildet zur
Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
14. Computerprogramm welches direkt in einen Speicher einer elektronischen Recheneinrichtung
(10) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um die Schritte des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 11auszuführen, wenn das Programm in einer Recheneinrichtung (10) ausgeführt
wird.
15. Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen,
welche zumindest ein Computerprogramm nach Anspruch 9 umfassen und derart ausgestaltet
sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer elektronischen Recheneinrichtung
(10) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchführen.